水稻氮磷高效吸收与利用的特征及机制研究进展

水稻是我国主要的粮食作物,氮磷等化学肥料对于水稻产量形成具有重大作用。近年来我国水稻生产面临着产量增长迟缓、肥料及水分投入大、利用率低等问题,提高水稻对氮磷的高效吸收和利用,不仅是解决当前农业生产中面临的重大科学问题和技术难题的重要措施,也是构建农业面源污染防治体系、实现水稻可持续发展和绿色高效生产的重要途径。水稻氮磷高效吸收和利用涉及多个生理过程和信号通路,包括氮磷的吸收、转运、同化、再分配和发育响应等。然而,目前已经初步研究了这些生理过程,并通过优化栽培措施提高氮磷效率;近年来利用水稻丰富的种质资源和现代分子生物技术,鉴定了多个氮磷高效基因位点,揭示了其调控作用的分子机制,成功培育了一批氮磷高效的水稻品种,为氮磷高效育种改良提供了有效的手段。氮磷高效吸收、利用的生理过程和分子机制取得了一系列重要进展。然而,目前水稻氮、磷高效的调控网络和关键过程尚不明确,氮磷协同高效的机制也未确定。因此,氮磷高效利用需要从以下5个方面深入研究：(1)揭示水稻氮磷高效的形成网络机制与关键过程,进一步阐明如何实现氮磷高效;(2)探究氮、磷之间的协同机制,以降低肥料投入和减少环境污染;(3)分析氮磷高效利...     

臭氧胁迫对稻米淀粉热力学特征值影响及其强弱势粒间差异

地表臭氧浓度增高情形下水稻减产,米质呈变劣趋势,但稻米热力学特征值的变化及其与生长季、品种以及籽粒着生部位的关系均不清楚。本研究利用自然光气体熏蒸平台,以8个水稻品种为材料,设置高臭氧浓度为100 nL·L^-1,对照浓度为9 nL·L^-1。连续两年系统研究了高臭氧浓度熏蒸对成熟稻穗不同部位糙米热力学特性（DSC）的影响。与对照相比,臭氧胁迫使稻米热焓值极显著下降4.15%,但对糊化起始温度、糊化峰值温度、糊化终止温度、DSC曲线峰宽和峰高均无显著影响;2017年度稻米热焓值、糊化峰值温度、糊化起始温度和峰高极显著大于2016年,但DSC曲线峰宽表现相反;稻米所有6个DSC特征值的品种间差异均达极显著水平。从稻穗不同位置看,所有测定参数均表现为稻穗上部 > 中部 > 下部,除糊化起始温度外差异均达极显著水平。方差分析表明,臭氧×年度对热焓值、糊化峰值温度和糊化终止温度的影响均达显著或极显著水平,臭氧×品种对糊化峰值温度、糊化终止温度、DSC曲线峰宽和峰高均有极显著影响,而臭氧×部位仅对DSC曲线峰宽有显著影响。以上数据表明,稻米淀粉DSC热力学参数因生长季、供试品种以及籽粒着生部位而异,臭氧胁迫环境下稻穗不同部位稻米的热焓值总体上均呈下降趋势,表现为更易糊化的特点。     

盐胁迫对水稻籽粒灌浆特性及产量形成的影响

以江苏沿海滩涂主栽常规粳稻南粳9108和淮稻5号为试材,研究不同盐胁迫处理包括对照(CK,盐浓度0)、中盐(medium-salinitystress,MS,盐浓度0.15%)和高盐(high-salinitystress,HS,盐浓度0.3%)对水稻籽粒灌浆及产量形成生理特性的影响。结果表明:(1)与对照相比,中盐和高盐胁迫均显著降低水稻产量,降幅分别为26.3%和57.7%(两品种平均);盐胁迫处理下,穗数、每穗粒数、结实率和千粒重均显著下降。(2)盐胁迫显著降低穗长、每穗强势粒和弱势粒籽粒数、结实率和千粒重,其中强势粒结实率和千粒重的降幅均低于弱势粒。(3)盐胁迫下,水稻植株抽穗期和成熟期干物重以及抽穗期至成熟期干物质积累量显著下降,但收获指数明显增加。此外,抽穗后15d和30d盐胁迫处理的叶片净光合速率和SPAD值均显著低于对照。(4)盐胁迫降低籽粒最大灌浆速率和平均灌浆速率,但达最大灌浆速率时间和有效灌浆天数有所增加;盐胁迫提高了强势粒和弱势粒有效灌浆天数,但平均灌浆速率显著下降,其中强势粒灌浆量的降幅低于弱势粒。(5)盐胁迫下,籽粒腺苷二磷酸焦磷酸化酶(AGPase)、淀粉...     

中籼水稻品种改良过程中米质和根系特征对灌溉方式的响应

【目的】研究不同灌溉方式下中籼水稻品种的稻米品质与根系特征。【方法】以江苏省近80年来各阶段具有代表性的中籼水稻品种为试验材料,全生育期设置干湿交替灌溉(AWD)和常规灌溉(CI)处理。在矮秆、半矮秆常规稻和半矮秆杂交稻中各选择2个水分利用效率(WUE)存在明显差异的品种进行稻米品质和根系特征分析。【结果】无论是在AWD还是CI下,各类型品种的产量和WUE均随品种改良逐渐提高。与CI相比,AWD显著增加了产量和水分利用效率。在AWD下,各类型品种(矮秆品种、半矮秆品种、半矮秆杂交稻)的产量分别为6.96 t/hm²、8.71 t/hm²和10.14 t/hm²,WUE分别为1.30 kg/m³、1.62 kg/m³和1.91 kg/m³。各类型品种的精米率、整精米率、蛋白质含量、淀粉溶解度与膨胀度、根干质量、根冠比、根系氧化力、根系总吸收表面积和活跃吸收表面积、根系伤流液中玉米素和玉米素核苷以及脱落酸含量随品种改良显著提高。与CI相比,AWD改善了稻米的加工和外观品质及根系形态生理特征,提高了稻米淀粉的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值,降低了淀粉的消减值和相对结晶度。相关分析表明,产量、WUE及稻米品质均与根系生长密切相关。【结论】现代半矮秆品种尤其杂交稻在全生育期干湿交替灌溉条件下可获得较高的产量和水分利用效率以及较优的稻米品质,这与根系形态和生理特征的改善密切相关。     

我国水稻田稗属杂草种类分布特点：以9个省级行政区73个样点调查数据为例

【目的】明确我国水稻田发生危害的稗属(Echinocloa spp.)杂草种类分布特点。【方法】2015年至2018年间的9月至11月，在东北、华东、华南、西北、西南水稻产区依据《中国植物志》英文修订版的分类鉴定标准，于水稻收割前采用七级目测法调查了73个地点共525块稻田稗属杂草的发生情况。【结果】共发现8种稗属杂草，其中无芒稗(E. crusgalli var. mitis)的发生频度最大(55.43%)，其次是硬稃稗(E. glabrescens, 47.28%)、稗原变种(E. crusgalli var. crusgalli，40.40%)、西来稗(E. crusgalli var. zelayensis，24.09%)；长芒稗(E. caudate)、水田稗(E. oryzoides)、孔雀稗(E. cruspavonis)、光头稗(E. colona)的频度较低。东北地区稻田稗属杂草以水田稗为单优势种；华东地区稻田稗属杂草呈现共优势的格局，硬稃稗、无芒稗危害最重，西来稗、稗原变种发生量也较大；华南地区稻田以稗原变种为单优势种；西北地区稻田无芒稗和稗原变种为优势种；西南地区稻田无芒稗占优势，稗原变 种危害频繁。在这8种水稻田常见稗属杂草中，无芒稗的生态位宽度值最大(35.2)，其次是硬稃稗(23.6)、西来稗(18.2)和稗原变种(16.3)。无芒稗、硬稃稗、西来稗相互之间的生态位重叠值较高，稗原变种与孔雀稗、光头稗、长芒稗的重叠值也较高。【结论】我国不同地区具有不同的稻田稗属杂草种类分布格局，其背后的机理亟待研究阐明。     

水稻内源油菜素甾醇对施氮量的响应及其对颖花退化的调控作用

为探明油菜素甾醇(brassinosteroids,BRs)是否介导氮肥对水稻颖花退化的影响。水稻品种扬稻6号和甬优2640种植于盆钵,全生育期设置3种施氮水平,观察了不同氮肥处理下水稻减数分裂期幼穗中氮含量、BRs、过氧化氢(H2O2)和总抗氧化能力(totalantioxidantcapacity,T-AOC)水平及其与颖花退化的关系。结果表明,颖花退化率的降低与稻穗中增加的24-表油菜素甾酮(24-epicastasterone,24-epiCS)和28-高油菜素内酯(28-homobrassinolide,28-homBL)含量密切相关。当稻穗的氮含量为1.25%时,幼穗中BRs(24-epiCS和28-homBL)含量显著增加,颖花退化率显著降低。稻穗中T-AOC水平与BRs含量变化趋势相同,且均与水稻颖花退化率显著负相关,而H_2O_2含量与BRs含量和T-AOC变化趋势相反。施用外源BRs(24-epiCS或28-homBL)可显著提高稻穗中内源BRs(24-epiCS和28-homBL)含量与T-AOC水平,并显著降低稻穗中H_2O_2含量和颖花退化率,施用BRs合成抑制剂则效果相反。表明BRs可以介导氮肥对水稻颖花退化的调控,在减数分裂期适宜的稻穗含氮量(1.25%)可有效提高幼穗中的BRs含量,并通过提高抗氧化能力来抑制颖花退化。     

不同施氮量下籼/粳杂交稻甬优2640产量和氮素吸收利用的特点

旨在探明在不同施氮量下籼/粳杂交稻产量、氮素吸收利用及损失的特点。2018—2019年籼/粳杂交稻品种甬优2640和常规粳稻品种连粳7号(对照品种1)和常规籼稻品种扬稻6号(对照品种2)种植于大田,设置6种施氮量(0、100、200、300、400和500 kg hm^-2)处理和¹⁵N示踪微区试验。3个供试品种的产量均随施氮量的增加呈现先增加后降低的趋势,甬优2640在施氮量为400 kg hm^-2时产量最高,连粳7号和扬稻6号均在施氮量为300 kg hm^-2时产量最高。在相同施氮量下,甬优2640的产量高于对照品种。¹⁵N示踪试验表明,适量增加施氮量(甬优2640≤400 kg hm^-2、连粳7号和扬稻6号≤300 kg hm^-2),可以增加成熟期植株和穗中肥料氮积累量、土壤中的残留量、肥料氮对植株地上部氮积累量的贡献率、肥料氮的损失量和损失率,降低土壤氮对植株地上部氮积累量的贡献率、肥料氮的植株吸收利用率和在土壤的残留率。在相同...     

不同基因型小麦品种倒春寒抗性分析及其评价

倒春寒是限制我国黄淮和长江中下游冬麦区小麦高产稳产的重要因素。为了明确黄淮和长江中下游冬麦区24个主栽或近年来审定的小麦品种倒春寒抗性强弱,在拔节期利用人工气候室进行冷冻胁迫处理(两种强度：L1,-4℃/1 d; L2,-2℃/2 d),对这些品种叶片受冻指数、幼穗冻伤率、产量等指标进行调查,以鉴选抗倒春寒的小麦品种,同时对品种倒春寒抗性(叶片受冻指数和幼穗冻伤率)与品种冬春性、越冬期抗寒性(叶片受冻指数)和农艺性状(如茎长、茎粗、SPAD等)的关系进行了分析。结果表明,各品种叶片受冻指数、幼穗冻伤率及产量降幅在L1和L2下的表现有所不同。在L1和L2下,淮麦20、江麦816和济麦22的叶片受冻指数、幼穗冻伤率和主茎产量降幅整体上表现较低;而连麦8号、淮麦20、柳麦618和镇麦12的产量降幅表现较低。虽然小麦品种倒春寒抗性、冬春性和越冬期抗寒性间存在密切关系,但单个品种的三者之间并无必然关联。拔节期农艺指标难以反映小麦品种的倒春寒抗性。     

稻茬小麦氮高效品种产量构成和群体质量特征

在稻麦两熟条件下,将2016—2017和2017—2018年江苏扬州参试的24个和江苏睢宁参试的23个小麦品种按氮肥表观利用率(NUR)划分为高效(NUR≥50%)、中效(NUR 40%～50%)和低效(NUR≤40%)品种类型,比较其产量、产量构成因素和群体质量指标的差异,为稻茬小麦品种选用和大面积高产高效生产提供参考。结果表明,两年度在扬州均表现出高效的品种为扬麦25和宁麦21,在睢宁为淮麦35。扬州和睢宁氮高效品种产量分别高于6500 kg hm^-2和7000 kg hm^-2,均显著高于其他类型。与氮中效和氮低效品种相比,氮高效品种具有较高的穗数,穗粒数和千粒重品种类型间差异不显著。不同品种间产量和穗数与NUR均呈线性正相关。氮高效品种具有较高的孕穗期和开花期茎蘖数,分蘖成穗率,乳熟期叶面积指数,孕穗期、开花期和成熟期干物质积累量,花后干物质积累量和成熟期各营养器官干物质积累量。不同氮效率品种类型间花前干物质转运量和收获指数差异不显著。相关性分析表明,两地不同品种类型间孕穗期和开花期茎蘖数、乳熟期LAI、主要生育时期干物质积累量、花后和...     

盐胁迫下粳稻品种南粳9108分蘖特性及其与群体生产力的关系

旨在明确盐胁迫下水稻分蘖发生与成穗规律及其优势叶位,为沿海滩涂水稻高产栽培的分蘖合理利用与调控提供依据。以江苏沿海滩涂大面积种植的常规粳稻南粳9108为试材,设置对照(盐浓度0)、中盐(盐浓度0.15%)和高盐(盐浓度0.3%)环境,比较研究盐逆境下水稻分蘖发生与成穗特性及其对群体产量的贡献。结果表明,对照、中盐和高盐处理的两年平均产量(t hm–2)分别为9.7、7.4和4.2;中盐和高盐处理的穗数、每穗粒数、结实率和千粒重均显著低于对照。与对照相比,中盐和高盐处理下拔节、抽穗和成熟期群体茎蘖数和成穗率均较低。对照的分蘖利用以一次分蘖和二次分蘖为主,一次分蘖发生在第3至第7叶位,第4至第6叶位是分蘖发生与成穗的优势叶位,二次分蘖则以1/4和1/5蘖位优势较强;盐胁迫的分蘖利用以一次分蘖为主,第4至第6叶位是分蘖发生与成穗的优势叶位。盐胁迫下各蘖位的穗长、每穗粒数、着粒密度、一次枝粳数及粒数、二次枝粳数及粒数均低于对照。与对照相比,盐胁迫下水稻单株成穗数少、个体和群体生长协调性差、穗型小,最终单株和群体产量低。